教你認(rèn)識抗靜電劑

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• 發(fā)布日期：2011-4-22   點擊：4525   

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    抗靜電劑一般都具有表面活性劑的特征，結(jié)構(gòu)上極性基團(tuán)和非極性基團(tuán)兼而有之。常用的極性基團(tuán)（即親水基）有：羧酸、磺酸、硫酸、磷酸的陰離子，胺鹽、季銨鹽的陽離子，以及-OH、-O-等基團(tuán)，常用的非極性基團(tuán)（即親油基或疏水基）有：烷基、烷芳基等，從而形成了纖維工業(yè)常用的五種基本類型的ASA，即胺的衍生物，季銨鹽，硫酸酯、磷酸酯以及聚乙二醇的衍生物。ASA 當(dāng)涂層用時，疏水基團(tuán)吸附于材料表面，最外層形成一層ASA 的分子層； 

　　當(dāng)采用共聚方法形成雙組分纖維時，外部的ASA 分子層受到破壞，內(nèi)部的ASA 便可以滲透到材料表面；材料表面有一個平滑的ASA 分子層，表面摩擦系數(shù)的降低使靜電產(chǎn)生幾率減少，但外用ASA 耐洗牢度不好，可考慮用反應(yīng)性化合物與纖維在高溫下形成共價鍵結(jié)合[11]。

抗靜電機(jī)理

　　外用ASA 一般以水、醇或其它有機(jī)溶劑作為溶劑或分散劑，進(jìn)行涂覆疏水基團(tuán)附著于材料表面，向外排列的親水基團(tuán)吸收環(huán)境中的微量水分，因為水是高介電常數(shù)的液體而形成導(dǎo)電層，并且纖維中所含的微量電解質(zhì)也一定程度地降低表面電阻；用于織物的ASA 多為飽和長碳鏈陽離子表面活性劑，因纖維表面呈負(fù)電性而容易被吸附形成濕氣膜，這樣材料摩擦間隙的介電常數(shù)也明顯提高；如果ASA 為離子化合物時，本身便具有離子導(dǎo)電作用。 

危害

　　靜電利與弊的利用和防止靜電的危害很多，它的第一種危害來源于帶電體的互相作用。在飛機(jī)機(jī)體與空氣、水氣、灰塵等微粒摩擦?xí)r會使飛機(jī)帶電，如果不采取措施，將會嚴(yán)重干擾飛機(jī)無線電設(shè)備的正常工作，使飛機(jī)變成聾子和瞎子；在印刷廠里，紙頁之間的靜電會使紙頁粘合在一起，難以分開，給印刷帶來麻煩；在制藥廠里。 由于靜電吸引塵埃，會使藥品達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的純度；在放電視時熒屏表面的靜電容易吸附灰塵和油污，形成一層塵埃的薄膜，使圖像的清晰程度和亮度降低；就在混紡衣服上常見而又不易拍掉的灰塵，也是靜電搗的鬼。 

　　靜電的第二大危害，是有可能因靜電火花點燃某些易燃物體而發(fā)生爆炸。漆黑的夜晚，我們脫尼龍、毛料衣服時，會發(fā)出火花和“叭叭”的響聲，這對人體基本無害。但在手術(shù)臺上，靜電火花會引起麻醉劑的爆炸，傷害醫(yī)生和病人；在煤礦，則會引起瓦斯爆炸，會導(dǎo)致工人死傷，礦井報廢。 

　　在二十世紀(jì)中期，隨著工業(yè)生產(chǎn)的高速發(fā)展以及高分子材料的迅速推廣應(yīng)用, 一方面，一些電阻率很高的高分子材料如塑料、橡膠等的制品的廣泛應(yīng)用以及現(xiàn)代生產(chǎn)過程的高速化, 使得靜電能積累到很高的程度, 另一方面，靜電敏感材料的生產(chǎn)和使用, 如輕質(zhì)油品, 火藥, 固態(tài)電子器件等, 工礦企業(yè)部門受靜電的危害也越來越突出, 靜電危害造成了相當(dāng)嚴(yán)重的后果和損失。曾使得造成電子工業(yè)年損失達(dá)上百億美元，這還不包括潛在的損失。在航天工業(yè)，靜電放電造成火箭和衛(wèi)星發(fā)射失敗，干擾航天飛行器的運(yùn)行。在石化工業(yè)，美國從1960年到1975年由于靜電引起的火災(zāi)爆炸事故達(dá)116起。1969年底在不到一個月的時間內(nèi)荷蘭、挪威、英國三艘20萬噸超級油輪洗艙時產(chǎn)生的靜電引起相繼發(fā)生爆炸以后，引起了世界科學(xué)家對靜電防護(hù)的關(guān)注。我國近年來在石化企業(yè)曾發(fā)生30多起較大的靜電事故, 其中損失達(dá)百萬元以上的有數(shù)起。例如上海某石化公司的2000m3甲苯罐, 山東某石化公司的膠渣罐, 撫順某石化公司的航煤罐等都因靜電造成了嚴(yán)重火災(zāi)爆炸事故。二次世界大戰(zhàn)后許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家都建立了靜電研究機(jī)構(gòu)。 

　　靜電危害起因于靜電力和靜電火花，靜電危害中最嚴(yán)重的靜電放電引起可燃物的起火和爆炸。人們常說，防患于未然，防止產(chǎn)生靜電的措施一般都是，改造起電強(qiáng)烈的工藝環(huán)節(jié)，采用起電較少的設(shè)備材料等。最簡單又最可靠的辦法是用導(dǎo)線把設(shè)備接地，這樣可以把電荷引人大地，避免靜電積累。細(xì)心的乘客大概會發(fā)現(xiàn)；在飛機(jī)的兩側(cè)翼尖及飛機(jī)的尾部都裝有放電刷，飛機(jī)著陸時，為了防止乘客下飛時被電擊，飛機(jī)起落架上大都使用特制的接地輪胎或接地線； 以泄放掉飛機(jī)在空中所產(chǎn)生的靜電荷。我們還經(jīng)?？吹接凸捃嚨奈膊客弦粭l鐵鏈，這就是車的接地線。適當(dāng)增加工作環(huán)境的濕度，讓電荷隨時放出，也可以有效地消除靜電。潮濕的天氣里不容易做好靜電試驗，就是這個道理。科研人員研究的抗靜電劑，則能很好地消除絕緣體內(nèi)部的靜電。 

　　然而，任何事物都有兩面性,對于靜電,只要摸透了它的脾氣，揚(yáng)長避短，也能讓它為人類服務(wù)。比如， 靜電印花、靜電噴涂、靜電植絨、靜電除塵和港電分選技術(shù)等， 已在工業(yè)生產(chǎn)和生活中得到廣泛應(yīng)用。靜電也開始在淡化海水，噴灑農(nóng)藥、人工降雨、低溫冷凍等許多方面大顯身手，甚至在宇宙飛船上也安裝有靜電加料器等靜電裝置。 

分類

　　根據(jù)用法的不同，表面活性抗靜電劑有兩種，即外用的和內(nèi)用的、外用的、或局部的抗靜電劑是通過噴撒、擦搽或浸漬而施于聚合物的表面。這種外用抗靜電劑雖然適用于多種聚合物，但它們的效力只是暫時的，事后與溶劑接觸或與它物磨擦很容易失掉。內(nèi)用抗靜電劑則是在聚合物加工過程中摻合于其中。這樣的表面活性抗靜電劑能夠補(bǔ)充因搬運(yùn)處理而被磨蝕的抗靜電功能。這種內(nèi)用抗靜電劑的作用有賴于噴霜。這里噴霜的意思是指加入于樹脂中的內(nèi)用抗靜電劑部分地向聚合物表面遷移的過程。因此，內(nèi)用抗靜電劑具有長期的抗靜電保護(hù)作用。 

　　表面活性抗靜電劑可分為陽離子型的、陰離子型的和非離子型的。

陽離子抗靜電劑

　　通常是些長鏈的烷基季按、磷或領(lǐng)鹽，以氯化物作平衡離子。它們在極性基質(zhì)中，如硬質(zhì)聚氯乙烯和苯乙烯類聚合物中效果很好，但對其熱穩(wěn)定性有不良影響。這類抗靜電劑通常不得用于與食物接觸的物品中；而且抗靜電效果僅為乙氧基化胺類之類內(nèi)用抗靜電劑的1／5到1／10。

陰離子抗靜電劑

　　通常是些烷基磺酸、磷酸或二硫代氨基甲酸的堿金屬鹽，也是主要用于聚氯乙烯和苯乙烯類樹脂中；它們在聚烯烴類樹脂中的應(yīng)用效果與陽離子抗靜電劑相似。在陰離子抗靜電劑中，烷基磺酸鈉已廣泛應(yīng)用于苯乙烯系樹脂、聚氯乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚碳酸酯中。

非離子型抗靜劑

　　如乙氧基化脂肪族烷基胺代表著最大的一類抗靜電劑。它們廣泛地應(yīng)用于聚乙烯、聚丙烯、ABS和其他苯乙烯系聚合物中?，F(xiàn)在生產(chǎn)銷售的有好幾種乙氧基化烷基胺，其區(qū)別在于烷基鏈的長度和不飽和度的大小。乙氧基化烷基胺是很有效的抗靜電劑，即使是在相對濕度低的情況下亦然，而且長期有效。這類抗靜電劑已獲聯(lián)邦食品醫(yī)藥管理局批準(zhǔn)，應(yīng)用于與食品間接接觸的物品中，其他商業(yè)上有價值的非離子型抗靜電劑還有乙氧基化烷基酸胺，如乙氧基月桂酷胺，及甘油一硬脂酸酯（GMS）。乙氧基月桂酷胺適用于在濕度小的環(huán)境里使用的聚乙烯和聚丙烯，而且要求有速效長效的抗靜電功能的場合。GMS類抗靜電劑則只考慮用于加工過程中的靜電保護(hù)。盡管GMS向聚合物表面遷移的速度快，但它不能像乙氧基化烷基胺或乙氧基化烷基酸胺那樣發(fā)揮持久的抗靜電作用。 

　　可以將高達(dá)75％的液體或低熔點的乙氧基化烷基肢和聚合物摻合制成濃縮母料，這些母料是自由流動的小球狀產(chǎn)品，易于裝運(yùn)，而其混煉時易于分散。乙氧基化烷基胺母料的優(yōu)點可歸納如下： 

　?。?）分散性好，添加了預(yù)分散活性材料。 

　?。?）裝運(yùn)性好，自由流動的小球狀產(chǎn)品，易計量，易混合。 

　?。?）加工性能好，在擠出機(jī)中少有螺桿打滑。 

使用方法

　　抗靜電劑的最佳選用和添加量取決于聚合物的性質(zhì)、加工方式、加工條件、其他助劑的種類和多少、相對濕度和聚合物的最終用途。為了獲得足夠的抗靜電作用所需的時間是不同的，抗靜電保護(hù)作用的生成速度和持續(xù)時間可以通過提高抗靜電劑的濃度而增加。但是，過量使用抗靜電劑可能導(dǎo)致最終制品的表面油滑，有損于印刷性能或粘合性能。未經(jīng)處理的無機(jī)填料和顏料，可將防靜電劑分子吸附到它們的表面上，從而降低抗靜電劑的作用。這種現(xiàn)象可以由增加抗靜電劑的用量而得以補(bǔ)償。但是，對于那些與食物接觸的用品而言，抗靜電劑的添加量必須符合聯(lián)邦食品與藥物管理局的規(guī)定 

　　用于聚乙烯時，選用何種乙氧基化烷基胺抗靜電劑需考慮它們的物理形態(tài)，即膏狀、液體、小顆粒或固體。如果乙氧基化牛脂胺因其呈膏狀而不能處理，則可用液體的乙氧基化油胺。在高溫加工的條件下（180℃以上），可以選用乙氧基化硬脂酞胺。如果需要速效抗靜電作用，則可選用乙氧基化月桂酷胺。用于聚丙烯時，要考慮的問題與用于聚乙烯時相仿。無論用于哪種樹脂，都必須考慮聯(lián)邦食品與藥物管理局的有關(guān)各項用途的規(guī)定限度。用于苯乙烯系聚合物時，建議選用乙氧基化椰子胺或其某一種適當(dāng)?shù)哪噶稀?/span> 

混配與加工

　　一般情況下抗靜電劑是在密煉機(jī)或擠出機(jī)中與顏料和其他助劑一起混配。從技術(shù)上講，純抗靜電劑，如乙氧基化烷基胺，還有另外一個優(yōu)點，那就是在液體注射成型過程中它可以熔融，從而起顏料母料分散劑的作用?？轨o電劑母料可以直接加入到最終加工設(shè)備中去。內(nèi)用抗靜電劑的作用與最終制品的生產(chǎn)加工條件有很大關(guān)系。例如，注射成型制品的抗靜電性能取決于模具的溫度。通常，模具的溫度較低時，抗靜電劑遷移較快，從而改善抗靜電性能。 

　　評價抗靜電劑效果的測試方法有兩個：表面電阻（率）法和靜電衰變法；這兩種方法都在廣泛地使用。 

　　根據(jù)ASTMD257—78的定義，材料的表面電阻率是電勢梯度與材料表面單位寬度上通過的電流之比，它原則上與試樣的幾何形狀有關(guān)。將兩個電極放置于塑料樣品表面的同一側(cè)，并給電極通過直流電；測量通過試樣的電流，并計算電阻；然后把表面電阻率的測量結(jié)果用歐姆表示出來。 

　　根據(jù)聯(lián)邦測試方法4046的定義，靜電衰變是指感應(yīng)電荷的放電速度。將試樣（通常是薄板或薄膜）置于兩個電極之間，電極與樣品表面的距離為數(shù)毫米。一個電極接連于電源，另一個電極連接于電流表和記錄器，由一個電極在樣品表面上感應(yīng)的電荷所引起的電場變化由另一個電極測量?？轨o電樣品將表現(xiàn)出感應(yīng)電荷的衰變。衰變半衰期（以秒計）便是電荷由其最初值衰減一半所需的時間。 

　　另一個廣泛應(yīng)用于工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)測試方法是美國軍用標(biāo)準(zhǔn)，專用于電子產(chǎn)品的包裝。選擇哪種合適的方法要看需要進(jìn)行檢測的塑料的最終用途。 

　　塑料本身的電阻率為1014歐姆，當(dāng)按表亞所示的添加量加入抗靜電劑時，電阻率可能會下降到1013至109歐姆。若欲進(jìn)一步降低電阻率只能依靠改進(jìn)導(dǎo)電性能，如使用導(dǎo)電炭黑。近期發(fā)展 

　　抗靜電包裝技術(shù)正在發(fā)展，以強(qiáng)調(diào)對環(huán)境的關(guān)切。廣泛使用的乙氧基化烷基胺現(xiàn)在采用可多次利用的散裝容器包裝。供貨商傾向于生產(chǎn)濃縮度更高的抗靜電劑，到用戶手里以后可根據(jù)加工需要進(jìn)行稀釋。這樣做的目的是要減少固體廢物的處理成本。通過開發(fā)高濃度抗靜電劑，生產(chǎn)廠商可以一次裝運(yùn)較多的抗靜電劑而減少需由用戶處理的包裝容器的數(shù)量。 

　　從技術(shù)上來看，很多的研究開發(fā)工作依然繼續(xù)圍繞著電子產(chǎn)品的包裝市場。乙氧基化月桂酰胺，通常被視為無胺抗靜電劑，常用于這一方面。乙氧基化月桂酷胺在吹塑LDPE和LLDPE薄膜方面的用量亦在增長，因為它在低濕度條件下的抗靜電效果也較好。這種產(chǎn)品的濃縮物和母料也可以買到。乙氧基化硬脂酞胺（含完全飽和的18一碳烷基鏈）已經(jīng)應(yīng)用于雙軸定向聚丙烯薄膜的生產(chǎn)，在這個生產(chǎn)過程中加工溫度高，要求抗靜電劑具有高度熱穩(wěn)定性